钟英杰,王勋廷,黄　其,杨志超,杨臧健

(浙江工业大学 机械工程学院，浙江 杭州 310014)

基于场协同理论的脉动流传热机理探究

钟英杰,王勋廷,黄其,杨志超,杨臧健

(浙江工业大学 机械工程学院，浙江 杭州 310014)

摘要：以场协同的视角探究脉动流强化传热的机理，搭建了三角槽道脉动流传热实验台，研究了Re为300和450两种情况下不同脉动频率时的换热效果，并模拟分析对应情况下流场内部的协同性能.研究发现：在实验频率下，脉动流可以使Nu数较稳态时增长50%，全场平均协同数则增加了近1倍.脉动流对协同性能的改善与流场内涡运动有着密不可分的联系，因为涡的生长壮大过程改善了温度场与速度场的协同，并由此强化了传热。

关键词：场协同；脉动流；传热；涡；三角槽道

A study of heat transfer mechanism in a pulsating

flow based on field synergy theory

ZHONG Yingjie, WANG Xunting, HUANG Qi, YANG Zhichao, YANG Zangjian

(College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)

Abstract:In order to study the mechanism in a pulsating flow by field synergy theory, heat transfer at different frequency when Re is 300 and 450 was investigated both experimentally and numerically. The results show that pulsating flow enhances Nu number by 50% and field synergy number by 100%, respectively, compared to that in steady flow. Such improvement is closely related to the motion of vortex, especially by the generation and growth process of vortex, which greatly improves the coordination of temperature and velocity field。

Keywords:field synergy; heat transfer ; pulsating flow; vortex; triangle channel

脉动流传热是指由于系统因素或人工强制作用而使流量、流速、压力、温度等相关参数发生周期性脉动时的对流换热过程.自Richadrson发现圆管内脉动流速度环效应以来[1]，剑桥大学M. R. MACKLEY[2],Ghaddar[3-4]相继发现了脉动流可以强化传热的现象.随后Greiner[5-6]通过实验证实了Ghaddar的结论.Kim等[7]通过数值研究定性地指出强化传热效率与脉动频率有关.Moon等[8]实验证实了最佳脉动频率的存在.Jafari[9],D.X.Jin[10],Yan Li[11]等的研究也发现脉动传热存在最佳频率。

然而，对于脉动流传热的机理，以及脉动参数是如何加强换热的，目前尚无定论.已有的机理没有普适性.比如“减薄边界层”无法解释脉动流对圆管不能强化换热的现象；“回流”机理很难解释频率与传热间存在最佳值的现象；……